ファンデルワールス材料に衝突する自由電子によるX線放射。クレジット: Technion – イスラエル工科大学
テクニオンの研究者は、医療画像やその他の分野で画期的な進歩をもたらすことが期待される正確な放射線源を開発しました。彼らは、現在そのような作業に使用されている高価で扱いにくい施設に代わる可能性のある精密な放射線源を開発しました。提案された装置は、比較的低いエネルギー投資で、高解像度で調整できる狭いスペクトルの制御された放射線を生成します。この発見は、化学物質や生物材料の分析、医療画像、セキュリティスクリーニング用のX線装置、その他の正確なX線源の使用など、さまざまな分野で画期的な進歩につながる可能性があります。

Nature Photonics誌に掲載されたこの研究は、テクニオンのいくつかの研究機関（アンドリュー・ヴィタビおよびエルナ・ヴィタビ電気工学部、ソリッドステート研究所、ラッセル・ベリー・ナノテクノロジー研究所（RBNI）、およびヘレン・ディラー量子科学・物質・工学センター。

研究者の論文は、一連の構成論文で過去 10 年間に開発された理論モデルの最初の概念実証を提供する実験的観察を示しています。このテーマに関する最初の記事も Nature Photonics に掲載されました。この論文は、マリン・ソルジャチッチ教授とジョン・ジョアノプロス教授の指導の下、カミナ教授がMITの博士研究員時代に執筆したもので、二次元材料がどのようにしてX線を生成できるかを理論的に示したものでした。カミナ教授によれば、「その論文は、二次元材料とそのさまざまな組み合わせ、つまりヘテロ構造のユニークな物理学に基づいた放射線源への道への旅の始まりとなった。」私たちはその論文の理論的進歩を基にして、一連のフォローアップ論文を開発してきました。そして今回、放射線パラメータを正確に制御しながら、そのような材料から X 線放射線を生成する最初の実験的観察を発表できることを嬉しく思います。 」

二次元材料は、2004 年頃に科学界に旋風を巻き起こしたユニークな人工構造です。物理学者のアンドレ ガイムとコンスタンチン ノボセロフは、後に 2010 年にノーベル物理学賞を受賞しました。炭素原子からなる単一原子の厚さ。最初のグラフェン構造は、2 人のノーベル賞受賞者によって、鉛筆の「筆記材料」であるグラファイトの薄い層をダクトテープを使用して剥がすことによって作成されました。2 人の科学者とその後の研究者は、グラフェンがグラファイトの特性とは異なるユニークで驚くべき特性、つまり計り知れない強度、ほぼ完全な透明性、導電性、および放射線の放出を可能にする光透過能力を持っていることを発見しました。これは、本論文に関連する側面です。これらのユニークな特徴により、グラフェンやその他の二次元材料は、将来世代の化学センサーや生物学センサー、太陽電池、半導体、モニターなどに有望なものとなっています。

本研究に戻る前に言及すべきもう 1 人のノーベル賞受賞者は、ちょうど 100 年前の 1910 年にノーベル物理学賞を受賞したヨハネス・ディデリック・ファン・デル・ワールスです。現在彼の名にちなんで命名されている材料 (vdW 材料) が研究の焦点です。カミナー教授の研究。グラフェンも vdW 材料の一例ですが、今回の新しい研究では、X 線を生成する目的には他の先進的な vdW 材料の方がより有用であることが判明しました。テクニオンの研究者らは、さまざまな vdW 材料を製造し、特定の角度で電子ビームをそれらの材料に送り込み、制御された正確な方法で X 線の放出を実現しました。さらに、研究者らは、vdW 材料ファミリーの設計における柔軟性を利用して、前例のない解像度で放射線スペクトルを正確に調整できることを実証しました。

研究グループによる新しい論文には、制御された正確な放射線を生成するコンパクトなシステムとして二次元材料を革新的に応用するための概念実証を提供する実験結果と新しい理論が含まれています。

「それを説明するために私たちが開発した実験と理論は、光と物質の相互作用の研究に大きく貢献し、X線イメージング（医療用X線など）やX線分光法におけるさまざまな応用への道を切り開きます」材料と、X 線領域における将来の量子光源の特性を明らかにするためです」とカミナ教授は述べています。